變頻器是怎樣控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的

1.電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為什么能夠自由地改變?

電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度單位：r/min每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm.

例如：2極電機(jī)50Hz3000[r/min]

4極電機(jī)50Hz1500[r/min]

結(jié)論：電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度同頻率成比例

感應(yīng)式交流電機(jī)(以后簡稱為電機(jī))的旋轉(zhuǎn)速度近似地確決于電機(jī)的極數(shù)和頻率。由電機(jī)的工作原理決定電機(jī)的極數(shù)是固定不變的。由于該極數(shù)值不是一個(gè)連續(xù)的數(shù)值(為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2，4，6)，所以一般不適和通過改變該值來調(diào)整電機(jī)的速度。

另外，頻率能夠在電機(jī)的外面調(diào)節(jié)后再供給電機(jī)，這樣電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。

因此，以控制頻率為目的的變頻器，是做為電機(jī)調(diào)速設(shè)備的優(yōu)選設(shè)備。

n=60f/p

n:同步速度

f:電源頻率

p:電機(jī)極對數(shù)

結(jié)論：改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法

如果僅改變頻率而不改變電壓，頻率降低時(shí)會使電機(jī)出于過電壓(過勵(lì)磁)，導(dǎo)致電機(jī)可能被燒壞。因此變頻器在改變頻率的同時(shí)必須要同時(shí)改變電壓。輸出頻率在額定頻率以上時(shí)，電壓卻不可以繼續(xù)增加，最高只能是等于電機(jī)的額定電壓。

例如：為了使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度減半，把變頻器的輸出頻率從50Hz改變到25Hz，這時(shí)變頻器的輸出電壓就需要從400V改變到約200V

2.當(dāng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度(頻率)改變時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會怎樣?

變頻器驅(qū)動時(shí)的起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩要小于直接用工頻電源驅(qū)動

電機(jī)在工頻電源供電時(shí)起動和加速沖擊很大，而當(dāng)使用變頻器供電時(shí)，這些沖擊就要弱一些。工頻直接起動會產(chǎn)生一個(gè)大的起動起動電流。而當(dāng)使用變頻器時(shí)，變頻器的輸出電壓和頻率是逐漸加到電機(jī)上的，所以電機(jī)起動電流和沖擊要小些。

通常，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小(速度降低)而減小。減小的實(shí)際數(shù)據(jù)在有的變頻器手冊中會給出說明。

通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機(jī)低速時(shí)轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機(jī)也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。

3.當(dāng)變頻器調(diào)速到大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低

通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速.(T=Te,P=Pe)

變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。

當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。

舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。

因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速.(P=Ue*Ie)

4.變頻器50Hz以上的應(yīng)用情況

大家知道,對一個(gè)特定的電機(jī)來說,其額定電壓和額定電流是不變的。

如變頻器和電機(jī)額定值都是:15kW/380V/30A,電機(jī)可以工作在50Hz以上。

當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí),變頻器的輸出電壓為380V,電流為30A.這時(shí)如果增大輸出頻率到60Hz,變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A.很顯然輸出功率不變.所以我們稱之為恒功率調(diào)速.

這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢?

因?yàn)镻=wT(w:角速度,T:轉(zhuǎn)矩).因?yàn)镻不變,w增加了,所以轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)減小。

我們還可以再換一個(gè)角度來看:

電機(jī)的定子電壓U=E+I*R(I為電流,R為電子電阻,E為感應(yīng)電勢)

可以看出,U,I不變時(shí),E也不變.

而E=k*f*X,(k:常數(shù),f:頻率,X:磁通),所以當(dāng)f由50-->60Hz時(shí),X會相應(yīng)減小

對于電機(jī)來說,T=K*I*X,(K:常數(shù),I:電流,X:磁通),因此轉(zhuǎn)矩T會跟著磁通X減小而減小.

同時(shí),小于50Hz時(shí),由于I*R很小,所以U/f=E/f不變時(shí),磁通(X)為常數(shù).轉(zhuǎn)矩T和電流成正比.這也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載(轉(zhuǎn)矩)能力.并稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速(額定電流不變-->最大轉(zhuǎn)矩不變)

結(jié)論:當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí),電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會減小.

5.其他和輸出轉(zhuǎn)矩有關(guān)的因素

發(fā)熱和散熱能力決定變頻器的輸出電流能力，從而影響變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩能力。

載波頻率:一般變頻器所標(biāo)的額定電流都是以最高載波頻率,最高環(huán)境溫度下能保證持續(xù)輸出的數(shù)值.降低載波頻率,電機(jī)的電流不會受到影響。但元器件的發(fā)熱會減小。

環(huán)境溫度：就象不會因?yàn)闄z測到周圍溫度比較低時(shí)就增大變頻器保護(hù)電流值.

海拔高度:海拔高度增加,對散熱和絕緣性能都有影響.一般1000m以下可以不考慮.以上每1000米降容5%就可以了.